【発明の詳細な説明】
脱共役タンパク質相同物:UCP3
本発明は、ヒト骨格筋および心臓で熱発生を制御する脱共役タンパク質(UCP3L
)をコードするクローン化遺伝子に関する。
本発明はまたヒト骨格筋および心臓で熱発生を制御する脱共役タンパク質(UCP
3S)をコードするクローン化遺伝子にも関する。
本発明の更なる態様は、ヒト骨格筋および心臓における熱発生の機能不全の矯
正のための、該クローン化遺伝子の使用に関する。
熱発生の機能不全は、肥満または悪液質のような疾患を誘導し得る。
肥満は、体重の30%以上に相当し得る過剰の脂肪により特徴付けられる。エ
ネルギーバランスのこの障害の発病率は、工業化国で一定の増加を続けている。
肥満の発症の予防、またはそれの治療は、病理、即ち、心臓血管系疾患、高血圧
およびII型糖尿病に関連する合併症を避けることを可能にする。
ある具体例において、熱発生の制御はまた有益性が証明されている。ヒトにお
いて、減量食餌療法による体重減少は、体のエネルギーの節約を誘導する。通常
の食事の再開において、エネルギー消費は体が先に失った脂肪質量および除脂肪
質量を回復させるまで低いままである。このエネルギー消費の減少は、しばしば
過剰体重への復帰を導く。運動を持続していた運動家は、同様な問題に、トレー
ニングを停止するやいなや遭遇する。事実上、トレーニングしていたヒトにおい
て、エネルギー消費は座りがちの人と比較して減少する。このエネルギー節約は
、持続した肉体的活動を停止した後の実質的体重増加(最も特別には脂肪)を担う
。
悪液質は、エネルギー消費が、食物摂取を超える代謝的状態である。その主な
原因は、不充分な食物摂取(例えば、神経性無食欲症)、癌、AIDSおよびショック
状態を含む感染性疾患である。脂肪および筋肉質量の減少は、個体の生存を脅か
し得る。
エネルギー消費は、酸化的リン酸化の脱共役によりミトコンドリアで増加する
。酸化はミトコンドリアからのプロトン(H+)の排出を誘導し、消散してATPの合
成を可能にするプロトン勾配を産生する。脱共役は、2,4−ジニトロフェノー
ル(DNP)のような化学的化合物および他の酸性芳香族化合物により誘導できる。
これらの物質は、H+を内部ミトコンドリア膜の外側から内側に運搬する。これ
らの脱共役剤の存在下、NADHの酸化は正常に行われるが、プロトン勾配が消
散しているため、ミトコンドリアATPシンセターゼにより、ATPは形成されない。
ミトコンドリアで非常に豊富な褐色脂肪組織(BAT)は、熱発生のこの過程を専
門とする。そのミトコンドリアの内膜は大量の脱共役タンパク質(UCP)を含み、
これはプロトンがミトコンドリアの外側から内側に戻ることを可能にする。本質
において、脱共役タンパク質は、ミトコンドリアプロトンのバッテリーの短絡化
により熱を産生する。組織特異性にもかかわらず、UCPは、特にホスフェートお
よび2−オキソグルタレート/マレートキャリアーを含む、ATP/ADPを誘導する
ミトコンドリアキャリアーファミリーのメンバーである。構造的キャリアーであ
るATP/ADPキャリアーと対照的に、UCPは実質的な調節過程に付される(M.Kling
enberg,J.Bioenerg.Biomembr.25,447(1993))。その活性は、プリン二また
は三リン酸ヌクレオチドにより減少し、脂肪酸により増加する(J.Nedergaard,
B.Cannon,New Comprehensive Biochemistry(Bioenergetics)L.Ernster,Ed
(Elsevier Science,Stockholm,1992),vol.23,385)。
酸化的リン酸化の脱共役は生物学的観点から非常に有用である;それは、ある
動物(ヒトを含む)の新生子および寒冷地の哺乳類の生理学的温度を維持するため
に熱を産生させる、BATの資力である。
ヒトUCP遺伝子は、4q31に局在する;それは6個のエクソンから成り、標的プ
レシークエンスシグナル無しで307アミノ酸のタンパク質をコードする。他の
ミトコンドリアキャリアーのように、UCPは、各々6個のエクソンの部分により
コードされる6個の疎水性α−螺旋形ドメインにより膜内に挿入される(L.P.K
ozaketal.,J.Biol.Chem.263,12274(1988))。そのポリペプチド鎖は、各々
二つのエクソンによりコードされ、二つの膜貫通ドメインに対応する約100個
のアミノ酸のタンデムの3つの関連配列から成る(F.Bouillaud et al.,Bioche
m.Biophys.Res.Commun.157,783(1988))。位相的実験は、UCPのアミノ−お
よびカルボキシ末端が内部ミトコンドリア膜のサイトゾル側に向かって配
向していることを示す(B.Miroux et al.,EMBO J.12,3739(1993))。更に、J
.Nedergaard et al.(New Comprehensive Biochemistry(Bioenergetics)L.E
rnster,Ed.(Elsevier Science,Stockholm,1992),vol.23,385)およびD.R
icquier et al.(FASEB J.5,2237(1991))は、UCPの発現がノルアドレナリンに
より転写レベルに増加することを示している。この作用は、β−アドレノセプタ
ー(β1、β2およびβ3)の3つのサブタイプおよびα1−アドレノセプターの刺激
により媒介される。
しかしながら、M.E.J.Lean et al.(Brown Adipose Tissue P.Trayhurn,
D.G.Nicholls,Eds,(Edward Arnold,London,1986),339)は、ヒトにおいて
、UCPを発現するBATが、新生児で成人に比べて相当減少していることを示してい
る。それ故、生理学的条件下で、BATはヒトの非震顫熱発生に重要な部分を担う
ことができない。
一方、L.Simonsen et al.(Int.J.Obes.17,S47(1993))は、ヒトで、筋肉
が約40%まで、アドレナリン誘導熱産生に寄与することを測定している。ラッ
トで行われた実験(P.L.Thurlby et al.,Can.J.Physiol.Pharmacol.64,1
111(1986);I.Nagase et al.,J.Clin.Invest.97,2898(1996))は、ヒト骨格
筋におけるアドレナリン誘導熱産生が(L.Simonsen et al.,Int.Obes.17,S4
7(1993))、筋肉UCPにより介在されることを示す。
ヒト骨格筋のUCPに関する相同物の探索において、我々はヒト骨格筋cDNAのラ
イブラリーをスクリーニングし、3つのクローン(UCP2、UCP3LおよびUCP3S)を単
離した。UCP2 mRNAは、既にFleury et al.(Nature Genet.15,269(1997))でも
記載されているように、全てのヒト組織で発見されているが、UCP3はヒト骨格筋
に非常に特異的であることが証明されている。このUCP3ファミリーの新規メンバ
ーは、骨格筋での発現の強い特異性を有して、ヒトでの酸化的リン酸化に関与す
る。
ヌクレオチドおよびアミノ酸の観点で、UCP3LおよびUCP3Sをコードする遺伝子
の特徴付けは、本明細書で最初に記載された。
本発明の一つの態様は、従って、フラグメントが、配列番号4に示すアミノ酸
配列により特徴付けられる脱共役タンパク質(UCP3L)をコードする、配列番号3
に示すヌクレオチド配列を含むことを特徴とするか、または同じアミノ酸配列を
コードする相同性配列を含むことを特徴とする、DNAフラグメントである。好ま
しくは、選択したDNAフラグメントは、ヒト骨格筋由来である。
本発明の他の態様は、DNAフラグメントが、配列番号6に示すアミノ酸配列を
有する脱共役タンパク質(UCP3S)をコードする、配列番号5に示すヌクレオチド
配列を含むことを特徴とするか、または同じアミノ酸配列をコードする相同性配
列を含むことを特徴とする、DNAフラグメントである。好ましくは、選択したDNA
フラグメントは、ヒト骨格筋由来である。
本発明の一つの対象は、配列番号4に記載のアミノ酸配列を含むことを特徴と
する、脱共役タンパク質である。
本発明の他の対象は、配列番号6に記載のアミノ酸配列を含むことを特徴とす
る、脱共役タンパク質である。
更に、本発明は、配列番号3または5に記載のヌクレオチド配列の一つ、また
はそれらの相同性配列の一つを含む、組換えDNA配列を提供するために記載する
。
本発明の他の対象は、該DNA配列の一つが挿入されているクローニングベクタ
ーを含むことを特徴とする、DNA分子の提供である。好ましくは、該クローニン
グベクターはプラスミドまたはファージミドである。
本発明の他の対象は、配列番号3に記載のヌクレオチドを含み、ベクターpBLu
escript SK-に挿入されている、組換えDNA分子である。本組換えDNA分子は、ATC
C,Rockville,Md.20852 USAに寄託されている(ATCC受託番号97999 − 寄託
日:1997年4月25日)。
本発明の他の対象は、配列番号5に記載のヌクレオチドを含み、ベクターpBlu
escript SK-に挿入されている、組換えDNA分子である。本組換えDNA分子は、ATC
C,Rockville,Md.20852 USAに寄託されている(ATCC受託番号209000 − 寄託
日:1997年4月25日)。
本発明の他の対象は、1個の該組換えDNA分子を含むことを特徴とする、細菌
、酵母および哺乳類細胞から選択された微生物である。好ましくは、選択された
微生物はXL-1 Blue MRF'細菌(E.coli)である。
本発明の他の態様は、配列番号3または5に記載の遺伝子および適当な医薬媒
体を含む、遺伝子治療によりUCP3の欠失を矯正するための医薬製剤に関する。該
遺伝子は、好ましくは、アデノウイルス、レトロウイルス、アデノ随伴ウイルス
、ヘルペスウイルス、リポソームまたはDNAプラスミドから選択されるベクター
に包含される。
アデノウイルスベクターの構築および組換えアデノウイルスの製造は、標準法
を使用して達成し得る(Graham et al.,Method in Molecular Biology,1991,V
ol.7,chap.11,Murray,E.J.,Ed.,The Humana Press,Inc.,Clifton,NJ
;Zabner et al.,Cell,75,207-216(1993);Crystal,et al.,Nature Genetics
,8,42-51(1994))。
レトロウイルスベクターの構築および組換えレトロウイルスの製造は、標準法
を使用して達成し得る(Miller,A.D.et al.,Meth.Enzymol.,217,581-599(
1993);Blaese et al.,Human Gene Therapy,1,331-362,(1990))。
アデノ随伴ウイルスベクターおよび組換えアデノ随伴ウイルスの構築は、標準
法により達成し得る(Muzyczka,Curr.Top.Microbiol.Immunol.,158,97-129
(1992))。
ヘルペスウイルスベクターおよび組換えヘルペスウイルスの構築は、標準法を
使用して達成し得る(Glorioso et al.,Semin.Virol.,3,265-276(1992))。
UCP3遺伝子含有リポソームの製造は、標準法を使用して達成し得る(Kirby et
al.,Biotechnology,2,979-984(1984);Felgner et al.,Proc.Natl.Acad.S
ci.USA,84,7413-7417(1987);Gregoriadis et al.,J.Drug Targeting,3,4
67-475(1966))。
DNAプラスミドの構築および組換えDNAプラスミドは、標準法を使用して達成し
得る(Lee et al.,Cancer Res.,54,3325-3328(1994))。組換えレトロウイルス
ベクター、組換えアデノ随伴ウイルスベクター、組換えヘルペスウイルスベクタ
ー、リポソーム内にキャプシド中に包含されたUCP3遺伝子および組換えDNAプラ
スミドの機能性は、いずれの場合も、UCP3の感染細胞での発現およびUCP3タンパ
ク質の存在により、それぞれノーザンブロット法(Sambrook,et al.,Molecular
Cloning,1989,Nolan,C.,Ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Col
d Spring Harbor,NY)およびウエスタンブロット法(Sambrook,et
al.,Molecular Cloning,1989,Nolan,C.,Ed.,Cold Spring Harbor Laborat
ory Press,Cold Spring Harbor,NY)を使用して評価し得る。
加えて、本発明の対象は、活性因子としてUCP3LおよびUCP3Sの配列のフラグメ
ントに関するアンチセンスオリゴヌクレオチドを含む、過剰のUCP3の矯正のため
の医薬である。
本発明は、従って、上記タイプの疾患の新規治療的(または予防的)方法の利用
を可能にする。UCP3LおよびUCP3Sをコードする遺伝子の同定および単離の結果、
事実上、遺伝子治療または関心の遺伝子に関する配列またはそのフラグメントの
一つに関するアンチセンスオリゴヌクレオチドにより、UCP3の欠乏または過剰の
矯正の基礎として作用する医薬の開発が可能となる。
遺伝子治療は、UCP3遺伝子の1個またはそれ以上の変異による、UCP3の機能不
全の場合に指示される。この場合、適当なベクターを使用した、正常遺伝子のUC
P3−欠失細胞への移入がある。好ましくは、ベクターは、アデノウイルス、レト
ロウイルス、アデノ随伴ウイルス、ヘルペスウイルス、リポソームまたはプラス
ミドから選択される。この場合、UCP3遺伝子は、外来性プロモーターの制御下に
ある。アンチセンスオリゴヌクレオチドの投与は、UCP3レベルおよび/またはUC
P3の活性が過剰である場合に、特に指示される。
本発明の手段により、加えて、内在性UCP3の活性の修飾および/または発現の
レベルに作用する医薬の開発が可能となる。
内在性UCP3活性の修飾に関する介入により、特に、エネルギー消費の促進によ
り、全てのタイプの肥満における体重減少(脂肪質量の減少および除脂肪質量の
維持)の誘導を示す。骨格筋のUCP3 mRNAのレベルが、fa/fa肥満ラットでのほう
が、痩せたFa/?ラットでよりも減少することが示された(O.Boss et al.,J.Bi
ol.Chem.273,5(1988))。同じ介入がまた、制限的食事療法に続く、または肉
体的トレーニングプログラム停止後の過剰な体重復帰の防止のために適用できた
。食事制限は、骨格筋でのUCP3遺伝子発現の減少を誘導し(O.Boss et al.,J.
Bio.Chem.273,5(1998))、この発現が、再摂食の間長期間非常に低いままであ
る(D.W.Gong et al.,J.Biol.Chem.272,24129(1997))。持続した運動トレ
ーニングが骨格筋でのUCP3遺伝子発現の減少を誘導することも報告されてい
る(O.Boss et al.,FASEB J 12,335(1998))、同じ介入が、インシュリンへの
感受性を改善させることにより、II型糖尿病の予防および処置に、および高血圧
の予防に適用できた。同じ介入がまた悪液質の状態の筋肉質量増加のために適用
できた。UCP3の機能不全のための心臓リズムの不全症または障害の処理に、また
はUCP3の機能不全による神経筋疾病の処置に適用できた。UCP3活性剤または阻害
剤は、経腸的にまたは非経腸的に投与できた。
内因性UCP3発現のレベルの修飾は、上記例に関してまた指示される;介入は、
UCP3発現の活性化剤または阻害剤を使用して行うことができた。これらの物質は
、経腸的に、または非経腸的に投与できた。発現を調節する可能性のある候補は
、UCP3に特異的な転写因子の活性化剤または阻害剤、またはホルモンである。甲
状腺ホルモン(T3)、グルココルチコイド(デキサメタゾン)、β−アドレナリン作
動性レセプターアゴニスト(Ro 16-8714)、レプチンおよび脂肪酸が、骨格筋のUC
P遺伝子発現の増加を誘導することが示された(D.W.Gong et al.,J.Biol.Ch
em.272,24129(1997),S.Larkin et al.,Biochem.Biophys.Res.Com.240
,222(1997),O.Boss et al.,未公開観察(1997),I.Cusin et al.,Diabetes
,(投稿中,1988),D.S.Weigle et al.,Diabetes 47,298(1998))。一方、甲
状腺機能低下は、骨格筋のUCP3 mRNAの低いレベルと関連することが示された(D
.W.Gong et al.,J.Biol.Chem.272,24129(1997))。
UCP3Lおよび/またはUCP3S遺伝子を含む細胞の構築は、標準法を使用して達成
し得る(Methods in Molecular Biology,1991,Vol.7,chap.2-5,Murray,E
.J.Ed.,The Humana Press,Inc.,Clifton,NJ;Sambrook,et al.,Molecula
r Cloning,1989,Nolan,C.,Ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Co
ld Spring Harbor,NY))。トランスフェクトした細胞におけるUCP3遺伝子の発現
は、ノーザンブロット法およびウエスタンブロット法で評価し得る。培養C2C12
マウス筋芽細胞を、ヒトUCP3L cDNAでトランスフェクトし、UCP3の発現をノーザ
ンブロット法で評価している(O.Boss et al.,J.Biol.Chem.273,5(1998))
。UCP3タンパク質の機能性は、UCP3タンパク質を発現する単離細胞の呼吸または
UCP3タンパク質を含むミトコンドリア画分の測定により評価し得る(Methods in
Enzymology,Vol.10,chap.14,86-94(1967))。酸素消費の測
定は、Clark電極を使用したポーラログラフィーにより行う(Methods in Enzymol
ogy,Vol.10,chap.7,41-48(1967))。ミトコンドリア膜電位の測定のための
細胞蛍光測定法を使用してUCP3の活性を評価することも可能である(Methods in
Enzymology,Vol.260,chap.29,406-417,chap.31,428-447(1985))。蛍光
化合物をミトコンドリア膜電位の変化の分析のために使用する。細胞蛍光測定法
の助けにより、UCP3はヒトUCP3L cDNAでトランスフェクトされたC2C12マウス筋
芽細胞電位の減少を示す(O.Boss et al.,J.Biol.Chem.273,5(1998))。UCP
3活性を修飾できる医薬のスクリーニングは、UCP3タンパク質を含む単離細胞お
よび/またはミトコンドリアの酸素消費および/またはミトコンドリア膜電位の
測定により達成される。UCP3タンパク質の活性を修飾する医薬を、次いで、過剰
なまたはそうでなければ欠失したUCP3活性を示す動物モデルでインビボで試験す
る。
UCP3またはUCP3フラグメントに対する抗体またはその誘導体は、診断目的でUC
P3レベルを生物学的サンプルで測定することを可能にする目的で開発される。こ
れらの抗体は、UCP3活性を修飾するために、UCP3に近接した物質を標的とするこ
とに作用する。
加えて、正常のまたは修飾されたUCpを過剰に発現するトランスジェニック動
物、およびUCP3を失効させた動物(ノックアウト)は、動物の生態におけるUCP3の
生理学的役割および/またはUCP3の活性および/またはレベルおよび/または構
造の変化の作用の評価を可能にするために製造できた。トランスジェニック動物
はまたUCP3発現および/または活性を修飾する物質のスクリーニングまたは試験
にも使用できた。
本発明の他の利点は、以下の記載を読むことにより明白となる。
本明細書に引用して包含させる、O.Boss et al.,FEBS Lett.408,39(1997)
に記載の図面の簡単な説明:
図1:ClustaIW Multiple Sequence Alignmentプログラムを使用して得たヒトUC
P3L、UCP3S、UCP2およびUCPのアミノ酸配列のアラインメント(K.C.Worl
ey,Human Genome Center,Baylor College of Medicine)。配列は一文字
表記で示す。アラインメントを最適化するために配列の中に挿入
されたスペースは、ダッシュで示す。可能性のある膜貫通α−螺旋は下線
を引き、ローマ数字(I−VI)を使用して番号付けする。可能性のあるプリ
ンヌクレオチド結合ドメイン(PNBD)は、2重下線を引く。ミトコンドリア
エネルギー伝達タンパク質の3つのサインドメインは四角で囲む。ミトコ
ンドリア担体で完全に保存されている14個のアミノ酸は、アスタリスク
で示す。
図2:ヒトおよびラット組織におけるUCP2およびUCP3の発現。(A)全UCP2 cDNA
を含む32P−標識ヒトUCP2プローブでハイブリダイズした種々のヒト組織
のポリ(A)RNAのノーザンブロットのオートラジオグラム。分子サイズマー
カーはkbで示す。挿入:全RNA中のUCP2の発現。褐色脂肪組織(BAT);白色
脂肪組織(WAT)。(B)全UCP3 cDNAを含む32P−標識ヒトUCP3プローブでハ
イブリダイズした種々のヒト組織のポリ(A)RNAのノーザンブロットのオー
トラジオグラム。挿入:全RNA中のUCP3の発現。全UCP2 cDNAを含む32P−
標識ヒトUCP2プローブでハイブリダイズした種々のヒト組織のポリ(A)RNA
のノーザンブロットのオートラジオグラム。分子サイズマーカーはkbで示
す。挿入:全RNA中のUCP2の発現。褐色脂肪組織(BAT);白色脂肪組織(WAT
)。(C)種々のラット組織のノーザンブロットのオートラジオグラム。32
P−標識ラット異型性UCP cDNAプローブを、2つのラットUCPであるUCP(
1.4kb)、UCP2(1.7kb)およびUCP3(2.5および2.8kb)とハイブリダ
イズさせる。ラット異型性UCP cDNAプローブの製造およびヒト骨格筋cDNAライブラリーのスク リーニング
(O.Boss et al.,FEBS Lett.408,39(1997))
ウサギ脛骨腹側筋肉および肩甲骨間BATの全RNAを、Chomczynski et al.(Anal
.Biochem.162,156(1987))に記載の方法で精製した。1−2μgの各RNAを、オ
リゴ(dT)15プライマーおよびモロニーマウス白血病ウイルス(M-MLV)逆転写酵素(
Gibco BRL,New York,NY)を使用して逆転写した。簡単に、RNAを全量17.5μ
l中1.5μl(150ng)のオリゴ(dT)15と混合した。混合物を70℃で10分加
熱し、氷上で冷却した。短い遠心後、RNAを1時間、41℃で逆転写(全量25μ
l)した。第1の鎖cDNAのアリコートを、−20℃で使用するまで貯蔵した。
ポリメラーゼ連鎖反応をPerkin Elmer DNA Thermal Cycler 480(Perkin Elmer,
Lausanne,Switzerland)で行った。第1の鎖cDNA(2μl)を、ラットUCPの種間の
保存ドメインに対応するオリゴヌクレオチドプライマー:
の存在下、全量50μlでGenBank Accession M11814で増幅した。類似のサイズ
の独特なフラグメントをBATおよび前脛骨筋で得た。BATPCR生産物の配列は、ラ
ットUCPのものと同じであり、一方前脛骨筋PCR生産物の配列は、ラットUCPのも
のと60%相同であった。ラット異型性UCP cDNAと呼ばれるこのフラグメントを
ヌクレオチド[α−32P]dCTPで放射活性標識し、プローブとしてヒト骨格筋cDN
Aライブラリーのスクリーニングに使用した(Stratagene,#936215,La Jolla,C
A)。
ヒト骨格筋cDNAライブラリーの約100万個のファージ(Human Muscle cDNA
って、上記ラット異型性UCP cDNAプローブを使用してスクリーニングした(19
94年3月8日)。スクリーニングは、10個の陽性クローンの単離を導いた。
これらの中で、3個の異なるカテゴリーを、製造者の指示に従って、プラスミド
のためのキット(Quiagen,Santa Clarita,CA)を使用して精製し、オリゴヌクレ
オチドプライマーM13-20およびT3および遺伝子に特異的な他のものを使用した標
準プロトコールに従ってABI373A自動配列決定装置で、配列が両方の鎖で決定さ
れるまで配列決定した。309、312および275アミノ酸を含むこれら3個
のクローンの予測されるペプチドは、図1(O.Boss et al.,FEBS Lett.408,3
9(1997))に示す。309アミノ酸のタンパク質はUCP2(GenBank Accession U8281
9)であり、またFleury et al.,(Nature Genet.15,269(1997))により単離され
ている。他の二つのタンパク質は、その最初の275アミノ酸が共通であり、そ
れらがアイソフォームであることを示す。これらのアイソフォームは、UCP3 RNA
の別のスプライシングから由来することが示された(G.Solanes et al.,J.Bio
l.Chem.272,25433(1997))。それらはヒトUCPおよびUCP3とそれぞれ56%お
よび73%の相同性を有し、従って、新規タンパク質と見なされ、それぞ
れUCP3長および短形、UCP3LおよびUCP3Sと呼ぶ(GenBank Accession U84763およ
びU82818)。他のミトコンドリア担体と同様に、UCP2およびUCP3Lは、6個の可能
性の有る膜貫通を含む(図1)。可能性のあるプリンヌクレオチド結合ドメインは
、UCP2でヌクレオチド276から298に、UCP3Lで279から301まで伸び
る。UCP3Sは6個の可能性のある膜貫通領域、またはUCPの脱共役活性の制御に関
与するプリンヌクレオチド結合ドメインを有しない(F.Bouillaud et al.,EMBO
J.13,1990(1994))。
グアノシンジホスフェート(GDP)のUCPへの結合は、H+およびCl-イオンの透過
性の阻害をもたらす立体配置的変化を誘導する(J.Nedergaard et al.,New Com
prehensive Biochemistry(Bioenergetics)L.Ernster,Ed.(Elsevier Scienc
e,Stockholm,1992),vol.23,385)。従って、UCP3Sはその生理活性をGDPによ
る制御無しに発揮するように見える。図1に示すように、ミトコンドリア担体の
他の特性は、UCP2、ならびにUCP3LおよびUCP3Sに見られる:第1の、第3のおよ
び第4の可能性のある膜貫通ドメイン(O.Boss et al.,FEBS Lett.408,39(19
97))、および14個のミトコンドリア担体の保存残基(F.Palmieri,FEBS Lett
.346,48(1994))。
UCP2およびUCP3は、他のミトコンドリア担体ファミリーと比較して、UCPと強
い相同性を(アミノ酸およびヌクレオチドに関して)有する(O.Boss et al.,FEB
S Lett.408,39(1997))。実際、そのUCPとの相同性はそれぞれ55%および5
6%であり、一方最も相同性のミトコンドリアタンパク質である2−オキソグル
タレート/マレエート担体は32%である。従ってUCPおよびTCP3は、UCPファミ
リーに属するべきである。実際、Fleury et al.,(Nature Genet.15,269(1997
))およびGimeno et al.(Diabetes 46,900(1997))は、UCP2が、酵母で発現され
た時、ミトコンドリア脱共役特性を有することを示し、一方Gong et al.(J.Bi
ol.Chem.272,24129(1997))およびBoss et al.(J.Biol.Chem.273,5,(19
88))は、それぞれUCP3が、酵母またはC2C12マウス筋芽細胞で発現された時、ミ
トコンドリア脱共役特性を有することを示している。ヒトおよびラット組織におけるUCP2およびUCP3の分布の比較
(O.Boss et al.,F
EBS Lett.408,39(1997))
UCP3の組織分布を、ノーザンブロットによりUCP2と比較した。この目的で、以
下の材料を利用した:
−ヒト組織のサンプル
多くのヒト組織のポリ(A)RNA膜(#7760-1)を、Clontech Laboratories Inc.(P
alo Alto,CA)から得た。腹部白色脂肪組織(10から40g)または腹部骨格筋(
800mg)のフラグメントを、腹部外科手術中に得た。重量約1.5gの腎臓周囲(
perirenal)の褐色脂肪組織を、子供(平均年齢:3ヶ月)の腎臓外科手術中に得た
。プロジェクトは、Ethical Committee of the Department of Surgery,Facult
y of Medicine,University of Genevaにより承認された。
−ラット組織のサンプル
標準研究室餌を自由に食べている7週齢雄Sprague-Dawleyラットを、個々のケ
ージに12時間の明暗サイクルで維持する。頚椎脱臼により殺す。全ての実験は
、我々の確立された指示に従って行った。ノーザン分析
全RNA(10−20μg)を、Lehrach et al.,(Biochemistry 16,4743(1977))
に記載のようなホルムアルデヒド含有1.2%アガロースゲルでの電気泳動に付
し、ナイロン膜(Electran Nylon Blotting Membrane,BDH Laboratory Supplies
,Poole,United Kingdom)上に吸引装置(Stratagene,La Jolla,CA)で移した。
約1×109dpm/μg DNAの特異的活性の[α-32P]dCTP(3000Ci/mmol)(Ame
rsham,Bucks,United Kingdom)のランダムプライマー(Megaprime DNA Labellin
g System,Amersham,Bucks,United Kingdom)を使用して、プローブを標識した
。RNA膜を、2時間、65℃でQuikHyb(Stratagene,La Jolla,CA)でハイブリダ
イズし、次いで2×SSC(1×SSCは150mM NaCl、15mMクエン酸ナトリウム、p
H7.0)/0.1%SDS溶液中で、50℃で5分2回、および0.1×SSC/0.1
%SDSで50℃で5分洗浄した。膜をHyperfilm ECLフィルム(Amersham,Bucks,
United Kingdom)に80℃で、増強スクリーンと共に曝した。使用した標準RNAは
、Gibco BRL(New York)のKb RNA Ladderであった。
図2Aに示すように、1.7kbサイズのUCP2シグナルを、全ての実験した組織
で検出した。UCP2はBATで最大レベルで>白色脂肪組織>骨格筋で発現された。
比較して、UCP3(2.3kbのシグナル)の発現は、骨格筋および心臓に限定されて
いる。後者の組織で、UCP3は、UCP3を骨格筋より10倍少ない強度で発現した(
図2B)。UCP2およびUCP3プローブとハイブリダイズしたノーザンブロットの直
接比較は、UCP3が、UCP2より骨格筋でより強く発現されることを示す。UCP3の長
形または短形に特異的なプローブは、両方の形が2.3kbで同じシグナルを与え
、シグナルの強度の定量は、両方の形がヒト骨格筋で同様のレベルで発現されて
いることを示す(O.Boss et al.,FEBS Lett.408,39(1997))。
UCP2 mRNAおよびUCP3 mRNAの組織分布をまた、ラットUCPの3種であるUCP、UC
P2およびUCP3とハイブリダイズするラット異型性UCP cDNAプローブを使用して実
験した(O.Boss et al.,FEBS Lett.408,39(1997))。図2Cに示すように、UC
P2は実験した組織の全てで発現される:心臓>BAT>白色脂肪組織>骨格筋。ヒ
トUCP2との主要な差は、心臓でのその高い発現レベルである。UCP3は、BATで最
大レベルで、高いレベルで張筋大腿筋膜(tensor fascia latae)(速い攣縮、糖分
解性)、前脛骨(速い攣縮、酸化的−糖分解性)および腓腹筋(混合)筋肉および低
いレベルでひらめ筋(遅い攣縮、酸化的)で発現される。これは、UCP3が酸化的骨
格筋よりむしろ糖分解性でより強く発現されることを示す。ラットにおいて、UC
P3はまたより低いレベルであるが、心臓および腎臓で、そして時々白色脂肪組織
で検出された。
図2Cに見られるように、UCP3シグナルはダブレットであるが、一方そのUCP3
のは独特である。メッセンジャーのサイズは、RNAラダーと比較して、UCPで1.
4および1.8kb、UCP2で1.7kbおよびUCP3で2.5および2.8kbである。
結果は、従って、ヒトにおけるUCP2およびUCP3の組織分布がラットUCPのもの
と非常に異なることを示す:UCP2の発現は遍在し、UCP3のは骨格筋に非常に特異
的である。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Uncoupling protein homolog: UCP3
The present invention relates to uncoupling proteins that regulate thermogenesis in human skeletal muscle and heart (UCP3L
)).
The present invention also relates to uncoupling proteins (UCP) that regulate thermogenesis in human skeletal muscle and heart.
ThreeS)).
A further aspect of the present invention is a method for correcting thermogenetic dysfunction in human skeletal muscle and heart.
The use of the cloned gene for positive.
Dysfunction of thermogenesis can lead to diseases such as obesity or cachexia.
Obesity is characterized by an excess of fat, which can represent more than 30% of body weight. D
The incidence of this disorder of energy balance has been increasing steadily in industrialized countries.
Prevention of the onset of obesity, or treatment thereof, is dependent on the pathology, ie, cardiovascular disease, hypertension.
And to avoid complications associated with type II diabetes.
In certain embodiments, controlling heat generation has also proven beneficial. For humans
Thus, weight loss due to weight loss diets induces body energy savings. Normal
Energy consumption depends on the body's previously lost fat mass and lean body mass
It stays low until mass regains. This reduction in energy consumption is often
Guides return to excess weight. Athletes who had been exercising had similar problems,
As soon as you stop running, you come across. Effectively smells trained humans
Thus, energy consumption is reduced compared to sedentary people. This energy saving
Responsible for substantial weight gain (most notably fat) after cessation of sustained physical activity
.
Cachexia is a metabolic condition in which energy expenditure exceeds food intake. Its main
Causes include inadequate food intake (e.g., anorexia nervosa), cancer, AIDS and shock
Infectious diseases including conditions. Loss of fat and muscle mass threatens individual survival
I can do it.
Energy expenditure is increased in mitochondria by uncoupling oxidative phosphorylation
. Oxidation is effected by protons (H+) Is released, dissipated and ATP
Produces a proton gradient that allows for formation. Uncoupling is 2,4-dinitrophenol
(DNP) and other acidic aromatic compounds.
These substances are H+From the outside to the inside of the inner mitochondrial membrane. this
In the presence of these uncoupling agents, NADH oxidation proceeds normally, but the proton gradient disappears.
ATP is not formed by mitochondrial ATP synthetase because it is dispersed.
The abundant brown adipose tissue (BAT) in mitochondria is dedicated to this process of thermogenesis.
Gate. The inner membrane of the mitochondria contains large amounts of uncoupling protein (UCP),
This allows protons to return from outside to inside of mitochondria. Essence
In, uncoupling proteins, mitochondrial proton battery short circuit
Produces heat. Despite tissue specificity, UCP is particularly
Induces ATP / ADP, including a and 2-oxoglutarate / malate carrier
He is a member of the mitochondrial carrier family. A structural carrier
In contrast to ATP / ADP carriers, UCP is subjected to a substantial regulatory process (M. Kling
Berg, J .; Bioenerg. Biomembr. 25, 447 (1993)). Its activity is
Is reduced by triphosphate nucleotides and increased by fatty acids (J. Nedergaard,
B. Cannon, New Comprehensive Biochemistry (Bioenergetics) L. Ernster, Ed
(Elsevier Science, Stockholm, 1992), vol. 23, 385).
Uncoupling of oxidative phosphorylation is very useful from a biological point of view;
To maintain the physiological temperature of newborn animals (including humans) and mammals in cold regions
Is the ability of BAT to generate heat.
The human UCP gene is located at 4q31; it consists of six exons and
Encodes a 307 amino acid protein without a resequencing signal. other
Like mitochondrial carriers, UCPs consist of six exons each.
Inserted into the membrane by six encoded hydrophobic α-helical domains (L.P.K.
ozaketal., J. Biol. Chem. 263, 12274 (1988)). The polypeptide chains are each
Approximately 100, encoded by two exons and corresponding to two transmembrane domains
Consists of three related sequences of tandem amino acids (F. Bouillaud et al., Bioche
m. Biophys. Res. Commun. 157, 783 (1988)). Topological experiments were based on amino- and UCP of UCP.
And carboxy termini are oriented toward the cytosol side of the inner mitochondrial membrane.
(B. Miroux et al., EMBO J. 12, 3739 (1993)). Furthermore, J
. Nedergaard et al. (New Comprehensive Biochemistry (Bioenergetics) L.E.
rnster, Ed. (Elsevier Science, Stockholm, 1992), vol. 23, 385) and D.I. R
icquier et al. (FASEB J. 5, 2237 (1991)) states that the expression of UCP is noradrenaline.
This indicates that the transcription level increases. This effect is due to the β-adrenoceptor
ー (β1, ΒTwoAnd βThree) And α1-Adrenoceptor stimulation
Mediated by
However, M. E. J. Lean et al. (Brown Adipose Tissue P. Trayhurn,
D. G. Nicholls, Eds, (Edward Arnold, London, 1986), 339)
Shows that UCP-expressing BAT is significantly reduced in neonates compared to adults
You. Therefore, under physiological conditions, BAT plays an important part in nontremor thermogenesis in humans
Can not do.
On the other hand, L. Simonsen et al. (Int. J. Obes. 17, S47 (1993)) is a human, muscle
Up to about 40% has been measured to contribute to adrenaline-induced thermogenesis. Luck
Experiments performed in PL Thurlby et al., Can. J. Physiol. Pharmacol. 64, 1
111 (1986); Nagase et al. Clin. Invest. 97, 2898 (1996)) is a human skeleton
Adrenaline-induced thermogenesis in muscle (L. Simonsen et al., Int. Obes. 17, S4
7 (1993)), indicating that it is mediated by muscle UCP.
In the search for homologues for human skeletal muscle UCP, we identified human skeletal muscle cDNA
The library was screened and three clones (UCP2, UCP3LAnd UCP3S)
Released. UCP2 mRNA is already available from Fleury et al. (Nature Genet. 15, 269 (1997))
As described, UCP3 has been found in all human tissues, but human skeletal muscle
Has proven to be very specific. New members of this UCP3 family
Is involved in oxidative phosphorylation in humans with strong specificity of expression in skeletal muscle.
You.
UCP3 in terms of nucleotides and amino acidsLAnd UCP3SThe gene encoding
The characterization of was first described herein.
One embodiment of the present invention therefore provides that the fragment comprises the amino acid set forth in SEQ ID NO: 4.
Uncoupling protein characterized by sequence (UCP3L), SEQ ID NO: 3
Or comprising the same amino acid sequence
A DNA fragment comprising a coding homology sequence. Like
Alternatively, the selected DNA fragment is from human skeletal muscle.
In another embodiment of the present invention, the DNA fragment comprises the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6.
Uncoupled protein (UCP3S) Encoding the nucleotide shown in SEQ ID NO: 5
A homologous sequence characterized by containing the sequence or encoding the same amino acid sequence.
A DNA fragment comprising a sequence. Preferably, the selected DNA
The fragments are from human skeletal muscle.
One object of the present invention is characterized in that it comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4.
Is an uncoupling protein.
Another subject of the present invention is characterized in that it comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6.
Uncoupling protein.
Further, the present invention relates to one of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 3 or 5,
Described to provide recombinant DNA sequences, including one of their homologous sequences
.
Another object of the invention is a cloning vector into which one of the DNA sequences has been inserted.
A DNA molecule, characterized in that the DNA molecule comprises a DNA molecule. Preferably, the clonin
The vector is a plasmid or a phagemid.
Another subject of the present invention comprises a nucleotide as set forth in SEQ ID NO: 3, comprising the vector pBLu
escript SK-Is a recombinant DNA molecule inserted into the recombinant DNA molecule. This recombinant DNA molecule is
C, Rockville, Md. 20852 USA (ATCC Accession No. 97999-Deposit
Date: April 25, 1997).
Another subject of the invention comprises a nucleotide as set forth in SEQ ID NO: 5 and comprises the vector pBlu
escript SK-Is a recombinant DNA molecule inserted into the recombinant DNA molecule. This recombinant DNA molecule is
C, Rockville, Md. 20852 USA (ATCC Accession No. 209000-Deposit
Date: April 25, 1997).
Another subject of the present invention is a bacterium, characterized in that it comprises one said recombinant DNA molecule.
, Yeasts and mammalian cells. Preferably selected
The microorganism is an XL-1 Blue MRF 'bacterium (E. coli).
Another embodiment of the present invention relates to a gene as set forth in SEQ ID NO: 3 or 5, and a suitable pharmaceutical vehicle.
A pharmaceutical formulation for correcting UCP3 deficiency by gene therapy, including the body. The
The gene is preferably an adenovirus, retrovirus, adeno-associated virus
, A vector selected from herpes virus, liposome or DNA plasmid
Is included.
Construction of adenovirus vectors and production of recombinant adenovirus are performed using standard methods.
(Graham et al., Method in Molecular Biology, 1991, V
ol. 7, chap. 11, Murray, E. J., Ed., The Humana Press, Inc., Clifton, NJ
; Zabner et al., Cell, 75, 207-216 (1993); Crystal, et al., Nature Genetics.
, 8, 42-51 (1994)).
Retroviral vector construction and recombinant retrovirus production are performed using standard methods.
(Miller, AD et al., Meth. Enzymol., 217, 581-599 (
1993); Blaese et al., Human Gene Therapy, 1, 331-362, (1990)).
Construction of adeno-associated virus vectors and recombinant adeno-associated virus is standard
(Muzyczka, Curr. Top. Microbiol. Immunol., 158, 97-129).
(1992)).
Construction of herpesvirus vectors and recombinant herpesviruses uses standard methods.
(Glorioso et al., Semin. Virol., 3, 265-276 (1992)).
Production of UCP3 gene-containing liposomes can be achieved using standard methods (Kirby et al.
al., Biotechnology, 2, 979-984 (1984); Felgner et al., Proc. Natl. Acad. S
ci. USA, 84, 7413-7417 (1987); Gregoriadis et al., J. Am. Drug Targeting, 3, 4
67-475 (1966)).
DNA plasmid construction and recombinant DNA plasmids are achieved using standard methods.
(Lee et al., Cancer Res., 54, 3325-3328 (1994)). Recombinant retrovirus
Vector, recombinant adeno-associated virus vector, recombinant herpesvirus vector
-UCP3 gene contained in capsid in liposome and recombinant DNA plasmid
In each case, the functionality of the sumids was determined by expression of UCP3 in infected cells and UCP3 protein.
Depending on the presence of proteins, Northern blotting (Sambrook, et al., Molecular
Cloning, 1989, Nolan, C., Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Col
d Spring Harbor, NY) and Western blotting (Sambrook, et.
al., Molecular Cloning, 1989, Nolan, C., Ed., Cold Spring Harbor Laborat
ory Press, Cold Spring Harbor, NY).
In addition, the subject of the present invention is that UCP3LAnd UCP3SFragment of the array
To correct excess UCP3, including antisense oligonucleotides for
Is a medicine.
The present invention therefore utilizes a novel therapeutic (or prophylactic) method for the above types of diseases.
Enable. UCP3LAnd UCP3SAs a result of the identification and isolation of the gene encoding
In effect, gene therapy or the sequence of a gene or fragment thereof for the gene of interest
Antisense oligonucleotides related to one can cause UCP3 deficiency or excess
It is possible to develop a medicine that acts as a basis for correction.
Gene therapy impairs the function of UCP3 due to one or more mutations in the UCP3 gene.
Instructed in all cases. In this case, the UC of the normal gene using an appropriate vector
There is transfer to P3-deleted cells. Preferably, the vector is an adenovirus, a reto
Virus, adeno-associated virus, herpes virus, liposome or plus
Selected from mid. In this case, the UCP3 gene is under the control of an exogenous promoter.
is there. Administration of the antisense oligonucleotide may be dependent on UCP3 levels and / or UC
It is particularly indicated if the activity of P3 is in excess.
By means of the present invention, in addition to modifying and / or expressing the activity of endogenous UCP3
It is possible to develop drugs that act on the level.
Interventions for the modification of endogenous UCP3 activity, especially by promoting energy expenditure
Weight loss in all types of obesity (reduced fat mass and lean mass)
(Maintenance) induction. Skeletal muscle UCP3 mRNA levels are higher in fa / fa obese rats
Has been shown to be less than in lean Fa /? Rats (O. Boss et al., J. Bi.
ol. Chem. 273, 5 (1988)). The same intervention can also follow a restricted diet or meat
Applicable to prevent excessive weight recovery after stopping physical training program
. Diet restriction induces a decrease in UCP3 gene expression in skeletal muscle (O. Boss et al., J. Biol.
Bio. Chem. 273, 5 (1998)), whose expression remains very low for prolonged periods during refeeding.
(DW Gong et al., J. Biol. Chem. 272, 24129 (1997)). Continuous exercise training
Has also been reported to induce a decrease in UCP3 gene expression in skeletal muscle.
(O. Boss et al., FASEB J 12, 335 (1998)), the same intervention has
Improve susceptibility to prevent and treat type II diabetes and to increase blood pressure
Could be applied for prevention. The same intervention also applies for muscle mass gain in cachectic conditions
did it. For the treatment of heart rhythm deficiencies or disorders due to UCP3 dysfunction
Was applicable to the treatment of neuromuscular diseases due to UCP3 dysfunction. UCP3 activator or inhibitor
The agent could be administered enterally or parenterally.
Modification of the level of endogenous UCP3 expression is also indicated for the above example;
This could be done using activators or inhibitors of UCP3 expression. These substances are
Could be administered enterally or parenterally. Candidates that may regulate expression are
, An activator or inhibitor of a transcription factor specific to UCP3, or a hormone. Instep
Thyroid hormone (T3), glucocorticoid (dexamethasone), β-adrenergic
Kinetic receptor agonists (Ro 16-8714), leptin and fatty acids are
It has been shown to induce an increase in P gene expression (DW Gong et al., J. Biol. Ch.
em. 272, 24129 (1997); Larkin et al., Biochem. Biophys. Res. Com. 240
, 222 (1997); Boss et al., Unpublished observations (1997). Cusin et al., Diabetes
, (Submitting, 1988). S. Weigle et al., Diabetes 47, 298 (1998)). Meanwhile, instep
Hypothyroidism has been shown to be associated with low levels of UCP3 mRNA in skeletal muscle (D
. W. Gong et al. Biol. Chem. 272, 24129 (1997)).
UCP3LAnd / or UCP3SConstruction of cells containing the gene is achieved using standard methods
(Methods in Molecular Biology, 1991, Vol. 7, chap. 2-5, Murray, E
. J. Ed., The Humana Press, Inc., Clifton, NJ; Sambrook, et al., Molecula
r Cloning, 1989, Nolan, C., Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Co.
ld Spring Harbor, NY)). UCP3 gene expression in transfected cells
Can be assessed by Northern and Western blots. Culture CTwoC12
Mouse myoblasts were transformed with human UCP3L Transfected with cDNA and expressed UCP3
(O. Boss et al., J. Biol. Chem. 273, 5 (1998)).
. The functionality of the UCP3 protein is determined by the respiration of isolated cells expressing the UCP3 protein or
It can be evaluated by measuring the mitochondrial fraction containing UCP3 protein (Methods in
Enzymology, Vol. 10, chap. 14, 86-94 (1967)). Measurement of oxygen consumption
Is determined by polarography using a Clark electrode (Methods in Enzymol
ogy, Vol. 10, chap. 7, 41-48 (1967)). For measurement of mitochondrial membrane potential
It is also possible to assess the activity of UCP3 using cytofluorimetry (Methods in
Enzymology, Vol. 260, chap. 29, 406-417, chap. 31, 428-447 (1985)). fluorescence
Compounds are used for analysis of changes in mitochondrial membrane potential. Cell fluorescence measurement method
With the help of UCP3, human UCP3L C transfected with cDNATwoC12Mouse muscle
It shows a decrease in blast cell potential (O. Boss et al., J. Biol. Chem. 273, 5 (1998)). UCP
(3) Screening of drugs capable of modifying the activity involves screening for isolated cells containing the UCP3 protein.
And / or mitochondrial oxygen consumption and / or mitochondrial membrane potential
Achieved by measurement. Drugs that modify the activity of UCP3 protein are then
Tested in vivo in an animal model showing UCP3 activity that is not or otherwise deleted
You.
Antibodies to UCP3 or UCP3 fragments or derivatives thereof are
Developed to allow P3 levels to be measured in biological samples. This
These antibodies target substances close to UCP3 to modify UCP3 activity.
And act on.
In addition, transgenic genes that overexpress normal or modified UCp
, And animals that have lost UCP3 (knockouts)
Physiological role and / or activity and / or level and / or structure of UCP3
Manufactured to allow evaluation of the effects of structural changes. Transgenic animals
Also screens or tests for substances that modulate UCP3 expression and / or activity
Could also be used.
Other advantages of the invention will become apparent on reading the following description.
O.D., incorporated herein by reference. Boss et al., FEBS Lett. 408, 39 (1997)
Brief description of the drawings described in:
Figure 1: Human UC obtained using the ClusterIW Multiple Sequence Alignment program
P3L, UCP3S, UCP2 and alignment of amino acid sequences of UCP (KC Worl
ey, Human Genome Center, Baylor College of Medicine). Array is one character
Shown in notation. Insert into sequence to optimize alignment
Spaces marked are indicated by dashes. Potential transmembrane α-helix is underlined
And number them using Roman numerals (I-VI). Possible pre
The nucleotide binding domain (PNBD) is double underlined. Mitochondria
The three signature domains of the energy transfer protein are boxed. Mitoko
The 14 amino acids that are completely conserved in the dhria carrier are asterisks.
Indicated by
FIG. 2: Expression of UCP2 and UCP3 in human and rat tissues. (A) All UCP2 cDNA
including32Various human tissues hybridized with P-labeled human UCP2 probe
Autoradiogram of Northern blot of poly (A) RNA. Molecular size mer
Kerr is indicated in kb. Insert: UCP2 expression in total RNA. Brown adipose tissue (BAT); white
Adipose tissue (WAT). (B) Contains all UCP3 cDNA32P-labeled human UCP3 probe
Northern blots of poly (A) RNA from various human tissues hybridized.
Tradogram. Insertion: UCP3 expression in total RNA. Includes all UCP2 cDNA32P-
Poly (A) RNA of various human tissues hybridized with labeled human UCP2 probe
Autoradiograms of Northern blots. Molecular size markers are shown in kb
You. Insert: UCP2 expression in total RNA. Brown adipose tissue (BAT); white adipose tissue (WAT)
). (C) Northern blot autoradiograms of various rat tissues.32
The P-labeled rat atypical UCP cDNA probe was replaced with two rat UCPs, UCP (
(1.4 kb), hybridized with UCP2 (1.7 kb) and UCP3 (2.5 and 2.8 kb)
Let it go.Production of rat atypical UCP cDNA probe and screening of human skeletal muscle cDNA library Leaning
(O. Boss et al., FEBS Lett. 408, 39 (1997))
Rabbit tibia ventral muscle and interscapular BAT total RNA were determined by Chomczynski et al. (Anal
. Biochem. 162, 156 (1987)). Add 1-2 μg of each RNA to
Rigo (dT)FifteenPrimers and Moloney murine leukemia virus (M-MLV) reverse transcriptase (
Gibco BRL, New York, NY). Briefly, total RNA is 17.5μ
1.5 μl (150 ng) of oligo (dT) in lFifteenAnd mixed. Add the mixture at 70 ° C for 10 minutes
Heated and cooled on ice. After brief centrifugation, the RNA was reverse transcribed for 1 hour at 41 ° C (total
l) I did. Aliquots of the first strand cDNA were stored at -20 ° C until use.
Polymerase chain reaction was performed using Perkin Elmer DNA Thermal Cycler 480 (Perkin Elmer,
Lausanne, Switzerland). First strand cDNA (2 μl) was transferred between rat UCP species.
Oligonucleotide primers corresponding to conserved domains:
Was amplified with GenBank Accession M11814 in a total volume of 50 μl. Similar size
Unique fragments were obtained in BAT and tibialis anterior. The sequence of the BATPCR product is
The sequence of the tibialis anterior muscle PCR product was identical to that of rat UCP.
Was 60% homologous. This fragment, called rat atypical UCP cDNA,
Nucleotide [α-32Radioactively labeled with [P] dCTP and used as a probe for human skeletal muscle cDN
A library was used for screening (Stratagene, # 936215, La Jolla, C
A).
About 1 million phages (Human Muscle cDNA) of human skeletal muscle cDNA library
Screening using the rat atypical UCP cDNA probe (19)
March 8, 1994). Screening led to the isolation of 10 positive clones.
Of these, three different categories were classified according to the manufacturer's instructions into plasmids.
Purified using the kit for purification (Quiagen, Santa Clarita, CA)
Markers using otide primers M13-20 and T3 and others specific for the gene
The sequence is determined on both strands with the ABI373A automated sequencer according to the semi-protocol.
Until they were sequenced. These three containing 309, 312 and 275 amino acids
The predicted peptide of the clone of FIG. 1 is shown in FIG. 1 (O. Boss et al., FEBS Lett.
9 (1997)). The 309 amino acid protein is UCP2 (GenBank Accession U8281).
9) and was isolated by Fleury et al., (Nature Genet. 15, 269 (1997)).
ing. The other two proteins share the first 275 amino acids and
Indicates that they are isoforms. These isoforms are UCP3 RNA
(G. Solanes et al., J. Bio.
l. Chem. 272, 25433 (1997)). They are 56% less than human UCP and UCP3, respectively.
And 73% homology, and are therefore considered as novel proteins,
UCP3 long and short, UCP3LAnd UCP3S(GenBank Accession U84763 and
And U82818). As with other mitochondrial carriers, UCP2 and UCP3LHas 6 possible
Includes transmissive transmembrane (FIG. 1). Possible purine nucleotide binding domains are
, UCP2 from nucleotides 276 to 298, UCP3LFrom 279 to 301
You. UCP3SAre involved in the control of six possible transmembrane domains, or uncoupling activities of UCP.
No conferring purine nucleotide binding domain (F. Bouillaud et al., EMBO
J. 13, 1990 (1994)).
The binding of guanosine diphosphate (GDP) to UCP is H+And Cl-Ion transmission
Induces conformational changes that lead to inhibition of sex (J. Nedergaard et al., New Com
prehensive Biochemistry (Bioenergetics) L. Ernster, Ed. (Elsevier Scienc
e, Stockholm, 1992), vol. 23, 385). Therefore, UCP3SDepends on GDP for its bioactivity
Appears to work without control. As shown in FIG. 1, the mitochondrial carrier
Other properties are UCP2, as well as UCP3LAnd UCP3SFound in the first, third and
And fourth potential transmembrane domains (O. Boss et al., FEBS Lett. 408, 39 (19
97)), and conserved residues of 14 mitochondrial carriers (F. Palmieri, FEBS Lett.
. 346, 48 (1994)).
UCP2 and UCP3 are stronger than UCP compared to other mitochondrial carrier families.
(With respect to amino acids and nucleotides) (O. Boss et al., FEB
S Lett. 408, 39 (1997)). In fact, its homology with UCP is 55% and 5%, respectively.
6%, whereas the most homologous mitochondrial protein, 2-oxoglu
The tallate / maleate carrier is 32%. Therefore, UCP and TCP3 are UCP families.
Should belong to Lee. In fact, Fleury et al., (Nature Genet. 15, 269 (1997
)) And Gimeno et al. (Diabetes 46, 900 (1997)) shows that UCP2 is expressed in yeast.
Showed mitochondrial uncoupling properties, while Gong et al. (J. Bi
ol. Chem. 272, 24129 (1997)) and Boss et al. (J. Biol. Chem. 273, 5, (19
88)) indicates that UCP3 is yeast or C, respectively.TwoC12When expressed in mouse myoblasts,
It shows that it has tochondrial uncoupling properties.Comparison of distribution of UCP2 and UCP3 in human and rat tissues
(O. Boss et al., F
EBS Lett. 408, 39 (1997))
The tissue distribution of UCP3 was compared to UCP2 by Northern blot. For this purpose,
The following materials were used:
−Human tissue samples
Many human tissue poly (A) RNA membranes (# 7760-1) were purchased from Clontech Laboratories Inc. (P
alo Alto, CA). Abdominal white adipose tissue (10 to 40 g) or abdominal skeletal muscle (
800 mg) of the fragment were obtained during abdominal surgery. Around the kidney weighing about 1.5 g (
perirenal) was obtained during renal surgery in children (mean age: 3 months)
. The project consists of the Ethical Committee of the Department of Surgery, Facult
y of Medicine, approved by the University of Geneva.
−Rat tissue sample
Seven-week-old male Sprague-Dawley rats with free access to standard laboratory chow were
Maintained on a 12 hour light / dark cycle. Killed by cervical dislocation. All experiments are
, Went according to our established instructions.Northern analysis
Total RNA (10-20 μg) was obtained from Lehrach et al., (Biochemistry 16, 4743 (1977)).
Electrophoresis on a 1.2% agarose gel containing formaldehyde as described in
And nylon membrane (Electran Nylon Blotting Membrane, BDH Laboratory Supplies
, Poole, United Kingdom) with a suction device (Stratagene, La Jolla, CA).
About 1 × 109dpm / μg DNA specific activity [α-32P] dCTP (3000 Ci / mmol) (Ame
rsham, Bucks, United Kingdom) random primer (Megaprime DNA Labellin)
g System, Amersham, Bucks, United Kingdom)
. The RNA membrane was hybridized with QuikHyb (Stratagene, La Jolla, CA) for 2 hours at 65 ° C.
And then 2 × SSC (1 × SSC is 150 mM NaCl, 15 mM sodium citrate, p
H7.0) /0.1% SDS solution twice at 50 ° C. for 5 minutes, and 0.1 × SSC / 0.1
Washed at 50 ° C. for 5 minutes with% SDS. The membrane was converted to Hyperfilm ECL film (Amersham, Bucks,
United Kingdom) at 80 ° C. with intensifying screens. The standard RNA used was
And Kb RNA Ladder of Gibco BRL (New York).
As shown in FIG. 2A, a 1.7 kb size UCP2 signal was generated in all the tested tissues.
Was detected. UCP2 was expressed at the highest level in BAT> white adipose tissue> skeletal muscle.
By comparison, UCP3 (2.3 kb signal) expression is restricted to skeletal muscle and heart
I have. In the latter tissue, UCP3 expressed UCP3 with 10 times less intensity than skeletal muscle (
(FIG. 2B). Direct read of Northern blot hybridized with UCP2 and UCP3 probes
Close comparisons show that UCP3 is more strongly expressed in skeletal muscle than UCP2. UCP3 length
Probes specific to the form or the truncated form give the same signal at 2.3 kb in both forms.
Quantitation of the signal intensity indicates that both forms are expressed at similar levels in human skeletal muscle.
(O. Boss et al., FEBS Lett. 408, 39 (1997)).
The tissue distribution of UCP2 mRNA and UCP3 mRNA was also determined by the three rat UCPs, UCP and UC.
Performed using a rat atypical UCP cDNA probe that hybridizes to P2 and UCP3.
(O. Boss et al., FEBS Lett. 408, 39 (1997)). As shown in FIG.
P2 is expressed in all tissues studied: heart> BAT> white adipose tissue> skeletal muscle. Hi
The major difference from UCP2 is its high expression level in the heart. UCP3 is the best in BAT
At a high level, at a high level, the tensor fascia latae (fast twitch, sugar
Decomposed), anterior tibia (rapid twitch, oxidative-glycolytic) and gastrocnemius (mixed)
It is expressed in soleus muscle (slow twitch, oxidative) at high levels. This is because UCP3 is oxidative bone
It shows that it is more strongly expressed in glycolytic rather than skeletal muscle. In rats, UC
P3 is also at lower levels, but in the heart and kidneys, and sometimes white adipose tissue
Detected in.
As seen in FIG. 2C, the UCP3 signal is a doublet, while its UCP3
Is unique. Messenger size is 1. in UCP compared to RNA ladder.
4 and 1.8 kb, 1.7 kb for UCP2 and 2.5 and 2.8 kb for UCP3.
The results therefore show that the tissue distribution of UCP2 and UCP3 in humans is that of rat UCP
Very different: UCP2 expression is ubiquitous and UCP3 is highly specific to skeletal muscle
It is a target.
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(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
A61P 43/00 C07K 14/705
C07K 14/705 C12N 1/21
C12N 1/21 C12P 21/02 C
C12P 21/02 (C12N 1/21
//(C12N 1/21 C12R 1:19)
C12R 1:19) C12N 15/00 ZNAA
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ
,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,
NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L
S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ
,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL
,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,
BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E
E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU
,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M
D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL
,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,
SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,U
Z,VN,YU,ZW──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) A61P 43/00 C07K 14/705 C07K 14/705 C12N 1/21 C12N 1/21 C12P 21/02 C C12P 21 / 02 (C12N 1/21 // (C12N 1/21 C12R 1:19) C12R 1:19) C12N 15/00 ZNAA (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, L S, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, M), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, GW, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX , NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW